一种全仿真血管介入模拟系统的制作方法

本发明属于医疗教学辅助设备，具体涉及一种全仿真血管介入模拟系统。

背景技术：

心脑血管介入手术量正在逐年递增，越来越多的医院开展介入手术，但介入手术操作难度较大，学习周期长，需要大量的操作练习才能熟练。而现今的医疗环境所限，很多医务人员在进修、学习的过程中难以获得足够多的操作机会，大部分医生经过培训后仍只能进行最简单的操作，处理非普通情况及复杂操作的能力不足。

目前虽然有一些简易的模拟器出现，但多数都是教学用，并未根据人体实际血管情况做模拟血管，且无各类变异血管情况及病变模拟血管，缺少血管循环系统，真实感较低，练习效果有限，仅能练习一些基本的操作，练习后仍难以胜任真实手术操作。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种可全方位模拟一整套心血管介入手术、真实感强、练习效果佳的模拟系统。

本发明解决问题的技术方案是：一种全仿真血管介入模拟系统，包括人体模型外壳，其特征在于：还包括水箱、可进行充气、抽气切换的气体输送装置、设置于外壳内的心脏模型，所述心脏模型内设有密闭腔室；

在外壳内按照人体血管的分布位置分别设有用于模拟上肢动脉、下肢动脉、降主动脉、下腔静脉、心脏冠状动脉的管道，每根管道分段设置，且每根管道所分的各段首尾依次连通；

所述水箱上设有进液管和出液管，所述进液管同时与上肢动脉管道和下肢动脉管道连通，所述出液管与下腔静脉管道的一端连通，下腔静脉管道的另一端与密闭腔室连通，在下腔静脉管道上装有只允许液体流入密闭腔室的单向阀；

密闭腔室同时与上肢动脉管道的近心端、降主动脉管道、以及气体输送装置的输气口均连通；

在输气口处设有透气不透液的装置。

气体输送装置给心脏模型进行充气和抽气，使得密闭腔室内处于正压和负压切换的状态，以模拟心脏的舒张和收缩。抽气时，密闭腔体呈负压状态，心脏模型收缩，水箱内的液体从下腔静脉管道进入心脏模型的密闭腔室内，心脏喷射出液体进入上肢动脉、降主动脉等各动脉，降主动脉与下肢动脉连通，从而液体进入下肢动脉；充气时，上下肢动脉中的液体经进液管回流进入水箱，形成一次循环。

上述方案中，模拟了人体动静脉血液循环，以及心脏的舒张和收缩，能够真实的模拟血管介入手术的状态。

优选的，所述水箱设置于人体模型外壳内、位于人体模型腹部位置。这样可以使得结构更加紧凑。

进一步的，所述气体输送装置包括第一曲柄滑块机构、中空且封闭的气筒，在气筒的一端设有输气口，输气口与密闭腔室连通；

所述第一曲柄滑块机构的滑块为活塞头，活塞头设置于气筒的中空腔并与气筒密封配合。

活塞头在气筒中空腔内做往复直线运动，实现抽气和充气。

进一步的，在下腔静脉管道上安装有可将水箱的液体泵入下腔静脉管道的轴流泵。理论上只要能够控制心脏模型的舒张和收缩就能够成功实现液体循环，但是为了维持系统的压力稳定，更真实的模拟，加入轴流泵能够辅助维持系统的压力稳定。

进一步的，还包括用于放置人体模型外壳的箱体，在箱体内、位于外壳背部且对应心脏模型位置处设有可将心脏模型顶起的顶升装置。

具体的，所述顶升装置为第二曲柄滑块机构，第二曲柄滑块机构的滑块在垂直于人体模型外壳背部的方向做直线往复运动，往复频率为60～100次/分，滑块可与心脏模型抵接。

设计顶升装置的目的是为了从表象上真实的模拟心脏的跳动，使得术者在练习过程中更加逼真。

具体的，所述透气不透液的装置为纳米级微孔透气膜，或gore-tex薄膜，或自动排气阀。透气不透液的结构有多种，原则上只需要满足透气不透液的功能即可。

进一步的，在常见的血管病变部位处，对应配备有可以替换原有管道的病变管道。这里所说的常见病变，是指医生在临床手术过程中经常遇到的病变部位，如严重迂曲血管、横位主动脉、锁骨下动脉迷走等各类变异及血栓病变、分叉病变、cto病变等病变。

设计各种病变管道可以模拟常见的病变部位，将病变管道安装到模拟系统后，术者就能真实的感受到患者的病变结构，从而针对各种病情进行手术操作。

优选的，所述管道为透光管道。

管道采用透光或者不透光的均可，在实际手术中，血管也是不透光的，因此需要x射线造影才能进行手术。在教学模拟过程中如果采用不透光的管道，就需要采用x射线，众所周知x射线对人体有害，手术中采用x射线是无法避免的，但是在教学过程中为了降低对术者的伤害，可以采用透光的血管模拟真实血管。

优选的，所述人体模型外壳即为人体皮肤模型，人体模型外壳、管道及心脏模型均采用3d打印制作，3d打印所采用的材料为tangoplus类橡胶弹性材料。

优选的，人体模型外壳、管道及心脏模型按照1:1的比例模拟人体；

人体皮肤模型密封，且内部充气，形成充气人体模型。

本发明的模拟系统可全方位的模拟一整套手术，且能针对病变情况及手术技巧、支架术式仿真练习，真实感强，练习效果佳，在介入医生培养及考核，缩短手术学习周期，熟练掌握各种手术技术，器械研发方面有重大作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明模拟系统原理示意图。

图2为顶升机构示意图。

图中：1-心脏模型，3-水箱，4-第二曲柄滑块机构，5-气体输送装置，7-轴流泵，8-电子阀，9-密闭腔室接口，10-外壳，11-箱体，12-病变管道，21-上肢动脉管道，22-下肢动脉管道，23-下腔静脉管道，24-降主动脉管道，31-进液管，32-出液管,41-滑块，51-第一曲柄滑块机构，52-气筒，53-输气口,54-活塞头。

具体实施方式

如图1～2所示，一种全仿真血管介入模拟系统，包括人体模型外壳10、水箱3、可进行充气、抽气切换的气体输送装置5、设置于外壳10内的心脏模型1。

所述心脏模型1内设有密闭腔室。所述水箱3设置于人体模型外壳10内、位于人体模型腹部位置。

所述气体输送装置5形式可以有多种，原则上只要能够实现充气和抽气切换，给心脏模型1提供正负压力即可。一种具体的气体输送装置5结构包括第一曲柄滑块机构51、中空且封闭的气筒52。在气筒52的一端设有输气口53。输气口53通过密闭腔室接口9与密闭腔室连通。所述第一曲柄滑块机构51的滑块为活塞头54。活塞头54设置于气筒52的中空腔并与气筒52密封配合。在输气口处设有透气不透液的装置。所述透气不透液的装置为纳米级微孔透气膜，或gore-tex薄膜，或自动排气阀。

在外壳10内按照人体血管的分布位置分别设有用于模拟上肢动脉、下肢动脉、降主动脉、下腔静脉、心脏冠状动脉的管道。每根管道分段设置，且每根管道所分的各段首尾依次通过螺纹连接并连通。

所述水箱3上设有进液管31和出液管32。所述进液管31同时与上肢动脉管道21和下肢动脉管道22连通。所述出液管32与下腔静脉管道23的一端连通，下腔静脉管道23的另一端与密闭腔室连通。在下腔静脉管道23上装有只允许液体流入密闭腔室的单向阀8。在下腔静脉管道23上安装有可将水箱3的液体泵入下腔静脉管道23的轴流泵7。

密闭腔室同时与上肢动脉管道21的近心端、降主动脉管道24、以及气体输送装置5的输气口均连通。

还包括用于放置人体模型外壳10的箱体11。在箱体11内、位于外壳10背部且对应心脏模型1位置处设有可将心脏模型1顶起的顶升装置。所述顶升装置为第二曲柄滑块机构4。第二曲柄滑块机构4的滑块41在垂直于人体模型外壳10背部的方向做直线往复运动。往复频率为60～100次/分。滑块41可与心脏模型1抵接。

在常见的血管病变部位处，对应配备有可以替换原有管道的病变管道12。

所述人体模型外壳10即为人体皮肤模型。人体模型外壳、管道及心脏模型1均采用3d打印制作。3d打印所采用的材料为tangoplus类橡胶弹性材料。

人体模型外壳10、管道及心脏模型1按照1:1的比例模拟人体。

人体皮肤模型密封，且内部充气，形成充气人体模型。

一种优选的方案为，所述管道为透光管道。

血液循环如图的箭头所示，气体输送装置5给心脏模型1进行充气和抽气，使得密闭腔室内处于正压和负压切换的状态，以模拟心脏的舒张和收缩。抽气时，密闭腔体呈负压状态，心脏模型收缩，水箱3内的液体从下腔静脉管道23进入心脏模型1的密闭腔室内，心脏喷射出液体进入上肢动脉、降主动脉等各动脉，降主动脉与下肢动脉连通，从而液体进入下肢动脉；充气时，上下肢动脉中的液体经进液管回流进入水箱3，形成一次循环。此过程模拟了人体动静脉血液循环，以及心脏的舒张和收缩，能够真实的模拟血管介入手术的状态。